EP1389686A1 - Elektrohydraulischer Bremsmodul - Google Patents

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EP1389686A1
EP1389686A1 EP03007173A EP03007173A EP1389686A1 EP 1389686 A1 EP1389686 A1 EP 1389686A1 EP 03007173 A EP03007173 A EP 03007173A EP 03007173 A EP03007173 A EP 03007173A EP 1389686 A1 EP1389686 A1 EP 1389686A1
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EP
European Patent Office
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brake
pressure
valve
control
proportional
Prior art date
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EP03007173A
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English (en)
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EP1389686B1 (de
Inventor
Martin Dipl.-Ing. Univ. Heusser
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Hawe Hydraulik GmbH and Co KG
Original Assignee
Hawe Hydraulik GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Hawe Hydraulik GmbH and Co KG filed Critical Hawe Hydraulik GmbH and Co KG
Publication of EP1389686A1 publication Critical patent/EP1389686A1/de
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Publication of EP1389686B1 publication Critical patent/EP1389686B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B20/00—Safety arrangements for fluid actuator systems; Applications of safety devices in fluid actuator systems; Emergency measures for fluid actuator systems
    • F15B20/002—Electrical failure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0244—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking
    • F03D7/0248—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for braking by mechanical means acting on the power train
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/003—Systems with load-holding valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/50—Control logic embodiment by
    • F05B2270/506—Control logic embodiment by hydraulic means, e.g. hydraulic valves within a hydraulic circuit
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to an electro-hydraulic brake module in the preamble of Claim 1 specified type.
  • Known wind turbines have a hydraulically operated brake to the Shut down the rotor, if necessary with simultaneous rotor blade adjustment.
  • the brake is also activated if in the network to which the wind turbine is connected, a failure occurs because the rotor speed would then increase undesirably, and with her the speed of the electricity generating generator. After eliminating the power failure the brake is released.
  • the rotor only runs slowly up to a speed high, which corresponds to the target speed of the generator. This means a significant one Delay in electricity delivery, especially when many wind turbines are delayed must be connected to the network again.
  • the brake can be between a full braking position and a disengaged position, and in a braking state in which the Braking torque is only a fraction of the drive torque of the drive unit, so that the drive unit can be started slowly without the safety device to have to put out of function.
  • the brake works with only one fixed slip and without proportional regulation.
  • a lifting module known from US Pat. No. 4,548,296 for a lifting mechanism is for lifting operation and Lowering operation equipped with solenoid valves.
  • a braking device is not provided.
  • the invention has for its object an electro-hydraulic brake module for to specify a wind turbine that is structurally simple and reliable and one proportional brake control enables the at least in the event of a power failure Generator set speed keeps.
  • pressure medium is supplied via the changeover valve depending on the speed fed into the working line and / or via the control valve to the tank, to modulate the braking effect proportionally, using the proportional pressure relief control valve the drain control so that the target speed of the generator is held.
  • the two valves are simple, reliable and inexpensive.
  • the brake module responds quickly and maintains the target speed precise.
  • the poppet valve design ensures that in the respective shut-off position No leakage occurs:
  • the proportional pressure control valve regulates so to speak high actual brake pressure down to the target brake pressure, while low actual brake pressure via the changeover valve in interaction with the influence of the proportional pressure relief control valve is brought up to the target brake pressure.
  • the proportional pressure relief control valve and the changeover valve are each pressure-controlled from the work line. This enables the proportional pressure relief control valve an automatic pressure control function. Supported with the changeover valve the pressure pre-control, if necessary, the switching intervention of the black / white magnet.
  • the changeover valve is also pressure-controlled from the pressure source to achieve rapid switching operations. The pressure pilot control of the changeover valve is however not a must.
  • the proportional pressure relief control valve has one for the pressure control function control spring acting against the proportional magnet.
  • the switch valve points on the other hand, one against the input pressure from the work management and the Black / white magnets acting parallel to the pilot pressure from the pressure source Switchover spring on, which switches the switching process when the black / white magnet is de-energized initiates.
  • braking concepts for wind turbines. Either it will Braking position or the braking force by the spring of the spring brake cylinder generated and the brake release position or reduction of the brake pressure brought about by hydraulic action of the brake cylinder against the spring, or it is the braking position or braking force by the hydraulic Actuation of the brake cylinder against the force of the spring and the Release position set by the spring.
  • the inventive concepts can Brake module easily take into account, the two aforementioned Concepts are so modifiable that with de-energized magnets and the braking position adjusting spring of the brake cylinder either the maximum braking position or the full release position is set, or the person responsible for the release position Spring of the brake cylinder with de-energized magnets either the full braking position or the full brake release position is maintained.
  • the hydraulic, against the spring either to the brake release position or adjustable to the braking position is the proportional pressure relief control valve thanks to the proportional magnet from a through position actuated towards the tank towards a shut-off position, while the switch valve through the black / white magnet from a shut-off position to a Passage position is actuated.
  • the consequence of this training is that at Hydraulically adjustable brake cylinder against the spring for the brake release position deenergized magnet the full braking position is set while at hydraulic Brake cylinder adjustable against the spring to the braking position when the magnets are de-energized the full release position is set.
  • the brake pressure could set the passage position unintentionally via the pressure pilot control an adjustment device is expediently leads to a drop in the brake pressure provided for the preload of the control spring in order to coordinate the preload to the brake pressure predetermined for the full braking position to be able to adjust so that when the proportional magnet is de-energized, no unwanted Brake pressure drop occurs, but the leakage-free seat valve design comes into play optimally.
  • the electronic control device is expediently one with a speed sensor of a machine element to be braked and a pressure sensor in the work line connected program control device which via a power control line the current corresponding to the braking pressure for the proportional magnet, and via the Voltage control line a control voltage to excite or de-excite the Black / white magnets to e.g. in the event of a grid failure to which the wind turbine is connected is connected, a speed limitation to the target speed of the To regulate the generator.
  • the two simple valves it becomes proportional Braking modulation achieved, which allows the machine element, i.e. the generator the wind turbine, continue to run exactly at the target speed in the event of a power failure to let until the grid disturbance is eliminated, so that the full electricity supply can continue without noticeable delay.
  • a wind turbine W in Fig. 1 has a rotor 1, which via a gear 2 and a shaft 3 drives a generator 4.
  • a brake disc 5 arranged with the at least one brake cylinder Z, in the shown Embodiment at least two oppositely working brake cylinders Z, cooperates.
  • Each brake cylinder Z is a so-called spring brake cylinder, which contains a spring 7 (e.g. several ring or plate springs or the like), and against the force of the spring 7 can be applied hydraulically from a working line 6.
  • Speed sensor 8 picks up the speed of shaft 3 or generator 4 and transmits it signals corresponding to the speed to an electronic control device C, in the embodiment shown, a program control device.
  • a pressure sensor 9 is connected to the working line 6, which detects the pressure in signals corresponding to the working line 6 (actual brake pressure information) to the program control device C transmitted.
  • the brake cylinder Z can be operated by means of an electro-hydraulic brake module M adjust proportionally.
  • the brake modules M of the first to fourth embodiments are designed similarly and only vary in details that correspond to the respective braking concept of the wind turbine judge.
  • each embodiment of the brake module M are a proportional pressure relief control valve V1 for drain control from the working line 6 to one Tank T and parallel to it between a shut-off position and a through position convertible changeover valve V2 for feeding pressure medium into the working line 6 provided from a pressure source P (pump, or pump with pressure accumulator).
  • the two valves V1, V2 are seat valves, i.e. they are in their respective Shut-off position leak-tight.
  • a current control line 10 leads from the program control device C to Proportional magnet 15 of the valve V1, and a voltage control line 11 to one Black / white switching magnet 17 of valve V2.
  • the proportional pressure relief control valve V1 is connected to the tank T via a tank line 13, from which the pump P sucks, which via a pressure line 12 to the changeover valve V2 is connected.
  • the proportional pressure relief control valve V1 designed so that the proportional magnet 15 as a function of Value of the current present on the current control line 10 the valve from a through position held by a control spring 14 towards a shut-off position adjusted to the tank.
  • the valve V1 has a control function.
  • a throttle D1 is provided while a throttle D2 is provided upstream of the changeover valve V2.
  • the throttle is D2 smaller than the throttle D1.
  • the throttle D2 has a diameter of 0.5 mm.
  • the proportional pressure relief control valve V1 is from the working line 6 pressure-controlled, namely parallel to the control spring 14th the control spring 14 and the pressure pilot control from the working line 15 act against the force of the proportional magnet 15th
  • the switch valve 16 is in the shut-off position shown by a switch spring 16 held and can be excited when the black / white magnet 17 in one Switch through position.
  • the switching valve V2 is from the working line 6 parallel to the force of the black / white magnet 17 and also from the pressure line 12 parallel to the switching spring 16 each pressure-controlled. Is upstream of the throttle D2 a check valve R blocking in the flow direction to the pump P is provided.
  • the brake cylinders Z are in Fig. 1 by the springs 7 towards the braking position adjusted. Leave by means of the brake pressure entered in the working line 6 the braking effect modulates proportionally or the full release position hydraulically to adjust.
  • both magnets 15, 17 are de-energized.
  • the changeover valve V2 is in the shut-off position, whereas the proportional pressure relief control valve V1 in the passage position to the tank is the working line 6 relieved of pressure.
  • the brake cylinders Z are in the full braking position.
  • the proportional magnet 15 becomes full energized and the black / white magnet 17 excited.
  • the proportional pressure relief control valve V1 assumes its shut-off position while the changeover valve V2 is in its open position.
  • the maximum, through the pressure relief valve 18 set brake pressure keeps the brake cylinder Z in its full Releasing positions.
  • the program control device C monitors based on the signals of the Sensors 8, 9 the speed of the generator 4 and the pressure in the working line 6. If the generator speed runs undesirably high, e.g.
  • the Black / white solenoid 17 de-energized goes into the shut-off position
  • the current for the proportional magnet 15 is set to a value that one Brake pressure in the working line 6 corresponds to the speed of the generator is maintained at the target speed.
  • the proportional pressure relief control valve V1 allows just enough pressure medium to flow out of the working line 6 to the tank T, that the desired brake pressure is set in the working line 6 and the speed of the generator 4 is held.
  • the proportional pressure relief control valve regulates V1 using the pilot pressure from the work line 6. The actual brake pressure is brought up to a lower target brake pressure.
  • the proportional modulation of the The braking effect could also be carried out with a permanently excited black / white magnet 17 because the throttle D2 is smaller than the throttle D1.
  • the second embodiment of the brake module M in FIG. 2 is for a brake concept designed in which the brake position is hydraulic by applying the brake cylinder Z is set against the spring 7. With de-energized magnets 15, 17 is the full release position set.
  • the proportional magnet 15 initially corresponds to a current value energized with the target brake pressure and the black / white magnet 17 excited, in order to feed in pressure medium in conjunction with the proportional pressure relief control valve V1 the target brake pressure is generated and maintained. If a speed change occurs, the program control device C at least changes the current value for the proportional magnet 15. If necessary, the magnet also becomes 17 de-excited or aroused.
  • a braking concept is chosen, which is similar as in Fig. 2, the braking position of the brake cylinder Z is set hydraulically, and the brake release position is effected by the spring 7.
  • the full braking position is set here with maximum braking pressure, because that Proportional pressure relief control valve V1 is in its shut-off position while the changeover valve V2 is in its open position.
  • the proportional magnet 15 receives a corresponding one with the target brake pressure Electricity.
  • the black and white magnet 17 can be excited to the Setting the shut-off position does not have to, however, since the quantity fed in is smaller is the maximum quantity to be drained. Because of the high pilot pressure from the Working line 6 takes the proportional pressure control valve V1 first its full open position before it decreases with decreasing pressure in the working line 6 adjusts the target brake pressure.
  • control spring 14 in Fig. 3 is an adjusting device 19 for the thread bias provided this to the maximum brake pressure in the working line 6 so that when the proportional solenoid 15 is not energized, the Pilot pressure cannot move valve V1 to the open position.
  • a braking concept is similar to that in FIG. 1 selected, i.e. spring 7 of brake cylinder Z is responsible for the braking position, while the hydraulic pressure applies the brake pressure against the spring 7 modulated.
  • the full release position is set because in the working line 6 has the maximum brake pressure.
  • the proportional magnet 15 receives a corresponding with the target brake pressure Current value. Thanks to the high pilot pressure from the working line 6 (the switching valve V2 can then already be switched to the shut-off position, does not have to), the valve V1 assumes its full open position to the Reduce the actual brake pressure to the target brake pressure. Then the pilot pressure decreases, valve V1 adjusts the target brake pressure until it finally reaches its shut-off position occupies.
  • each embodiment is based on the same valve components, i.e. it can at least largely identical valve blocks are used.
  • the two Valves V1, V2 could be combined in one block, as by the dash-dotted rectangles in the figures is indicated, together with the Chokes, the magnets and the springs.
  • the proportional pressure relief control valve could be designed in such a way that the proportional magnet acts directly on the control spring and its preload changed.

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Abstract

Bei einem elektrohydraulischen Bremsmodul (M) für eine Windkraftanlage (W) ist wenigstens ein Federspeicher-Bremszylinder (Z) vorgesehen, dessen hydraulische Druckbeaufschlagung durch eine mit einer elektronischen Steuervorrichtung (C) verbundene Ventilbaugruppe gesteuert wird, wobei der Bremsmodul (M) zur proportionalen Bremsteuerung bei Netzausfall zur Ablassteuerung zum Tank (T) ein durch einen Proportionalmagneten (15) betätigbares Druckbegrenzungs-Regelventil (V1) und zur Einspeisesteuerung ein durch einen Schwarz/Weiß-Magneten (17) betätigbares Umschaltventil (V2) in Parallelschaltung in einer Arbeitsleitung (6) zum Bremszylinder (Z) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen Bremsmodul der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Bekannte Windkraftanlagen weisen eine hydraulisch betätigbare Bremse auf, um den Rotor stillzusetzen, gegebenenfalls bei gleichzeitiger Rotorblattverstellung. Die Bremse wird auch betätigt, wenn im Netz, an das die Windkraftanlage angeschlossen ist, ein Ausfall auftritt, weil dann die Rotordrehzahl unerwünscht ansteigen würde, und mit ihr die Drehzahl des stromerzeugenden Generators. Nach Beseitigung des Netzausfalls wird die Bremse gelöst. Der Rotor läuft erst langsam wieder bis auf eine Drehzahl hoch, die der Soll-Drehzahl des Generators entspricht. Dies bedeutet eine signifikante Verzögerung für die Stromlieferung, insbesondere wenn viele Windkraftanlagen verzögert wieder an das Netz gefahren werden müssen.
Aus DE 195 15 884 A ist es bekannt, bei einer CNC-Antriebseinheit eine modulierbare Bremse vorzusehen. Die Bremse lässt sich zwischen einer vollen Bremsstellung und einer ausgerückten Stellung verstellen, und in einem Bremszustand, bei dem das Bremsmoment nur einen Bruchteil des Antriebsdrehmoments der Antriebseinheit beträgt, so dass die Antriebseinheit langsam angefahren werden kann, ohne die Sicherheitseinrichtung außer Funktion setzen zu müssen. Die Bremse arbeitet nur mit einem festgelegten Schlupf und ohne proportionale Regelung.
Ein aus US 4 548 296 A bekannter Hubmodul für ein Hubwerk ist für Hebebetrieb und Senkbetrieb mit Magnetventilen ausgestattet. Eine Bremsvorrichtung ist nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrohydraulischen Bremsmodul für eine Windkraftanlage anzugeben, der baulich einfach und funktionssicher ist und eine proportionale Bremssteuerung ermöglicht, die zumindest bei einem Netzausfall die Generator-Soll-Drehzahl hält.
Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei einem Netzausfall wird nach Maßgabe der Drehzahl Druckmittel über das Umschaltventil in die Arbeitsleitung eingespeist und/oder über das Regelventil zum Tank, um die Bremswirkung proportional zu modulieren, wobei das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil die Ablasssteuerung so vomimmt, dass die Soll-Drehzahl des Generators gehalten wird. Die beiden Ventile sind einfach, betriebssicher und kostengünstig. Der Bremsmodul spricht schnell an und hält die Soll-Drehzahl präzise. Die Sitzventilbauweise stellt sicher, dass in der jeweiligen Absperrstellung keine Leckage auftritt: Das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil regelt sozusagen hohen Ist-Bremsdruck bis auf den Soll-Bremsdruck, während niedriger Ist-Bremsdruck über das Umschaltventil im Zusammenspiel mit dem Einfluss des Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventils bis auf den Soll-Bremsdruck gebracht wird.
Zweckmäßig sind stromauf des Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventils und des Umschaltventils Drosseln vorgesehen, von denen die Drossel beim Umschaltventil kleiner als die Drossel beim Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil ist. Dadurch wird ein zu hoher Bremsdruck vermieden.
Das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil und das Umschaltventil sind jeweils aus der Arbeitsleitung druckvorgesteuert. Dies ermöglicht dem Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil eine selbsttätige Druckregelfunktion. Beim Umschaltventil unterstützt die Druckvorsteuerung ggfs. den Schalteingriff des Schwarz/Weiß-Magneten. Das Umschaltventil ist zusätzlich auch von der Druckquelle her druckvorgesteuert, um rasche Umschaltvorgänge zu-erzielen. Die Druckvorsteuerung des Umschaltventils ist jedoch kein Muss.
Das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil weist für die Druckregelfunktion eine gegen den Proportionalmagneten wirkende Regelfeder auf. Das Umschaltventil weist hingegen eine gegen den Vorsteuerdruck aus der Arbeitsleitung und den Schwarz/Weiß-Magneten parallel zum Vorsteuerdruck aus der Druckquelle wirkende Umschaltfeder auf, die bei Entregen des Schwarz/Weiß-Magneten den Umschaltvorgang einleitet.
Bei Windkraftanlagen gibt es unterschiedliche Bremskonzepte. Entweder wird die Bremsstellung bzw. die Bremskraft durch die Feder des Federspeicher-Bremszylinders erzeugt und die Bremslösestellung bzw. Verringerung des Bremsdrucks durch hydraulische Beaufschlagung des Bremszylinders gegen die Feder herbeigeführt, oder es wird die Bremsstellung bzw. Bremskraft durch die hydraulische Beaufschlagung des Bremszylinders gegen die Kraft der Feder herbeigeführt und die Lösestellung durch die Feder eingestellt. Diesen Konzepten kann der erfindungsgemäße Bremsmodul problemlos Rechnung tragen, wobei die beiden vorerwähnten Konzepte so modifizierbar sind, dass bei entregten Magneten und die Bremsstellung einstellender Feder des Bremszylinders entweder die maximale Bremsstellung oder die volle Lösestellung eingestellt sind, bzw. bei für die Lösestellung verantwortlicher Feder des Bremszylinders bei entregten Magneten entweder die volle Bremsstellung oder die volle Bremslösestellung eingehalten wird.
Bei einem Bremszylinder, der hydraulisch, gegen die Feder entweder zur Bremslösestellung oder zur Bremsstellung verstellbar ist, ist das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil durch den Proportionalmagneten aus einer Durchgängsstellung zum Tank in Richtung zu einer Absperrstellung betätigbar, während das Umschaltventil durch den Schwarz/Weiß-Magneten aus einer Absperrstellung in eine Durchgangsstellung betätigbar ist. Die Konsequenz dieser Ausbildung ist, dass bei hydraulisch gegen die Feder zur Bremslösestellung verstellbarem Bremszylinder bei entregten Magneten die volle Bremsstellung eingestellt wird, während bei hydraulisch gegen die Feder zur Bremsstellung verstellbarem Bremszylinder bei entregten Magneten die volle Lösestellung eingestellt wird.
Hingegen ist bei einem Bremszylinder, der hydraulisch gegen die Feder entweder zur Bremsstellung oder zur Lösestellung verstellbar ist, das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil durch den Proportionalmagneten aus einer Absperrstellung zu einer Durchgangsstellung zum Tank, und das Umschaltventil durch den Schwarz/Weiß-Magneten aus einer Durchgangsstellung zu einer Absperrstellung betätigbar. Die Konsequenz dieser Ausbildung ist, dass bei hydraulisch gegen die Feder zur Bremsstellung verstellbarem Bremszylinder bei entregtem Magneten die volle Bremsstellung eingestellt wird, während bei einem, hydraulisch gegen die Feder zur Lösestellung verstellbaren Bremszylinder bei entregtem Magneten die volle Lösestellung eingestellt wird.
Da bei dem aus der Arbeitsleitung parallel zum Proportionalmagneten druckvorgesteuerten Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil, das der Proportionalmagnet aus der Absperrstellung in Richtung zur Durchgangsstellung verstellt, der Bremsdruck über die Druckvorsteuerung ungewollt die Durchgangsstellung einstellen könnte, was zu einem Abfall des Bremsdrucks führt, ist zweckmäßigerweise eine Einstellvorrichtung für die Vorspannung der Regelfeder vorgesehen, um die Vorspannung in Abstimmung auf den für die volle Bremsstellung vorherbestimmten Bremsdruck entsprechend einstellen zu können, so dass bei entregtem Proportional magneten kein ungewollter Bremsdruck-Abfall eintritt, sondern die Leckagefreiheit der Sitzventilbauweise optimal zum Tragen kommt.
Zweckmäßig ist die elektronische Steuervorrichtung eine mit einem Drehzahlsensor eines zu bremsenden Maschinenelements und einem Drucksensor in der Arbeitsleitung verbundene Programmsteuervorrichtung, die über eine Stromsteuerleitung den dem Bremsdruck entsprechenden Strom für den Proportionalmagneten, und über die Spannungssteuerleitung eine Steuerspannung zum Erregen oder Entregen des Schwarz/Weiß-Magneten einstellt, um z.B. bei Ausfall des Netzes, an das die Windkraftanlage angeschlossen ist, eine Drehzahlbegrenzung auf die Soll-Drehzahl des Generators einzuregeln. Mit den beiden einfachen Ventilen wird eine proportionale Bremsmodulation erzielt, die es ermöglicht, das Maschinenelement, d.h. den Generator der Windkraftanlage, bei einem Netzausfall exakt mit der Soll-Drehzahl weiterlaufen zu lassen, bis die Netzstörung beseitigt ist, so dass die volle Stromlieferung ohne spürbare Verzögerung fortgesetzt werden kann.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
als Blockschaltbild eine Windkraftanlage mit einem elektrohydraulischen Bremsmodul, in einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2
den Bremsmodul in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 3
den Bremsmodul in einer dritten Ausführungsform, und
Fig. 4
den Bremsmodul in einer vierten Ausführungsform.
Eine Windkraftanlage W in Fig. 1 weist einen Rotor 1 auf, der über ein Getriebe 2 und eine Welle 3 einen Generator 4 treibt. Beispielsweise auf der Welle 3 ist eine Bremsscheibe 5 angeordnet, mit der wenigstens ein Bremszylinder Z, bei der gezeigten Ausführungsform mindestens zwei gegensinnig arbeitende Bremszylinder Z, zusammenwirkt. Jeder Bremszylinder Z ist ein sogenannter Federspeicher-Bremszylinder, der eine Feder 7 (z.B. mehrere Ring-oder Plattenfedem oder dgl.) enthält, und gegen die Kraft der Feder 7 hydraulisch aus einer Arbeitsleitung 6 beaufschlagbar ist. Ein Drehzahlsensor 8 greift die Drehzahl der Welle 3 bzw. des Generators 4 ab und übermittelt mit der Drehzahl korrespondierende Signale an eine elektronische Steuervorrichtung C, bei der gezeigten Ausführungsform eine Programmsteuervorrichtung. Ferner ist an die Arbeitsleitung 6 ein Drucksensor 9 angeschlossen, der dem Druck in der Arbeitsleitung 6 entsprechende Signale (Ist-Bremsdruck-Information) an die Programmsteuervorrichtung C übermittelt.
Der Bremszylinder Z lässt sich mittels eines elektrohydraulischen Bremsmoduls M proportional verstellen.
Die Bremsmodule M der ersten bis vierten Ausführungsformen sind ähnlich konzipiert und variieren nur in Details, die sich nach dem jeweiligen Bremskonzept der Windkraftanlage richten.
In jeder Ausführungsform des Bremsmoduls M sind ein Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil V1 zur Ablasssteuerung aus der Arbeitsleitung 6 zu einem Tank T und parallel dazu ein zwischen einer Absperrstellung und einer Durchgangsstellung umstellbares Umschaltventil V2 zur Einspeisung von Druckmittel in die Arbeitsleitung 6 aus einer Druckquelle P (Pumpe, oder Pumpe mit Druckspeicher) vorgesehen. Die beiden Ventile V1, V2 sind Sitzventile, d.h. sie sind in ihrer jeweiligen Absperrstellung leckagefrei dicht.
Von der Programmsteuervorrichtung C führt eine Stromsteuerleitung 10 zu einem Proportional magneten 15 des Ventils V1, und eine Spannungssteuerleitung 11 zu einem Schwarz/Weiß-Umschatlmagneten 17 des Ventils V2. Das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil V1 ist über eine Tankleitung 13 mit dem Tank T verbunden, aus dem die Pumpe P ansaugt, die über eine Druckleitung 12 an das Umschaltventil V2 angeschlossen ist.
In der ersten Ausführungsform in Fig. 1 ist das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil V1 so ausgelegt, dass der Proportionalmagnet 15 in Abhängigkeit vom Wert des auf der Stromsteuerleitung 10 vorliegenden Strom das Ventil aus einer durch eine Regelfeder 14 gehaltenen Durchgangsstellung in Richtung zu einer Absperrstellung zum Tank verstellt. Durch die parallelen Linien im Symbol des Ventils V1 ist hervorgehoben, dass das Ventil V1 eine Regelfunktion hat. Stromauf des Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventils V1 ist eine Drossel D1 vorgesehen, während stromauf des Umschaltventils V2 eine Drossel D2 vorgesehen ist. Die Drossel D2 ist kleiner als die Drossel D1. Beispielsweise hat die Drossel D2 einen Durchmesser von 0,5 mm.
Das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil V1 ist aus der Arbeitsleitung 6 druckvorgesteuert, und zwar parallel zur Regelfeder 14. D.h. die Regelfeder 14 und die Druckvorsteuerung aus der Arbeitsleitung 15 wirken entgegen der Kraft des Proportionalmagneten 15.
Das Umschaltventil 16 wird durch eine Umschaltfeder 16 in der gezeigten Absperrstellung gehalten und lässt sich bei Erregen des Schwarz/Weiß-Magneten 17 in eine Durchgangsstellung umschalten. Das Umschaltventil V2 ist aus der Arbeitsleitung 6 parallel zur Kraft des Schwarz/Weiß-Magneten 17 und auch aus der Druckleitung 12 parallel zur Umschaltfeder 16 jeweils druckvorgesteuert. Stromauf der Drossel D2 ist ein in Strömungsrichtung zur Pumpe P sperrendes Rückschlagventil R vorgesehen.
Zwischen dem Rückschlagventil R und der Pumpe ist zwischen die Druckleitung 12 und die Tankleitung 13 ein Systemdruck-Begrenzungsventil 18 gesetzt.
Die Bremszylinder Z werden in Fig. 1 durch die Federn 7 in Richtung zur Bremsstellung verstellt. Mittels des in der Arbeitsleitung 6 eingesteuerten Bremsdrucks lassen sich die Bremswirkung proportional modulieren oder die volle Lösestellung hydraulisch einstellen.
In der in Fig. 1 gezeigten Betriebsstellung sind beide Magneten 15, 17 stromlos. Da das Umschaltventil V2 in der Absperrstellung steht, hingegen das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil V1 in der Durchgangsstellung zum Tank, ist die Arbeitsleitung 6 druckentlastet. Die Bremszylinder Z sind in der vollen Bremsstellung.
Bei normalem Betrieb der Windkraftanlage W werden der Proportionalmagnet 15 voll bestromt und der Schwarz/Weiß-Magnet 17 erregt. Das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil V1 nimmt seine Absperrstellung ein, während das Umschaltventil V2 in seiner Durchgangsstellung ist. Der maximale, durch das Druckbegrenzungsventil 18 eingestellte Bremsdruck hält die Bremszylinder Z in ihren vollen Lösestellungen. Die Programmsteuervorrichtung C überwacht anhand der Signale der Sensoren 8, 9 die Drehzahl des Generators 4 und den Druck in der Arbeitsleitung 6. Sollte die Drehzahl des Generators unerwünscht hoch laufen, z.B. bei Ausfall des Netzes, an den die Windkraftanlage W angeschlossen ist, so wird ggfs. der Schwarz/Weiß-Magnet 17 entregt (Umschaltventil V2 geht in die Absperrstellung) und wird der Strom für den Proportionalmagneten 15 auf einen Wert eingestellt, der einem Bremsdruck in der Arbeitsleitung 6 entspricht, mit dem die Drehzahl des Generators bei der Soll-Drehzahl gehalten wird. Das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil V1 lässt gerade so viel Druckmittel aus der Arbeitsleitung 6 zum Tank T abströmen, dass der gewünschte Bremsdruck in der Arbeitsleitung 6 eingestellt und die Drehzahl des Generators 4 gehalten wird. Dabei regelt das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil V1 mit Hilfe des Vorsteuerdrucks aus der Arbeitsleitung 6. Der Ist-Bremsdruck wird so an einen niedrigeren Soll-Bremsdruck herangeführt. Sollte der Ist-Bremsdruck unter den Soll-Bremsdruck fallen, dann wird der Schwarz/Weiß-Magnet 17 erregt und das Umschaltventil V2 in seine Durchgangsstellung umgeschaltet, um Druckmittel in die Arbeitsleitung 6 einzuspeisen, und im Zusammenspiel mit dem Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil V1 den Ist-Bremsdruck an den dann höheren Soll-Bremsdruck heranzuführen. Sobald ein Gleichgewichtszustand erreicht ist, wird ggfs. der Schwarz/Weiß-Magnet 17 wieder entregt. Die proportionale Modulation der Bremswirkung könnte auch bei permanent erregtem Schwarz/Weiß-Magneten 17 vorgenommen werden, da die Drossel D2 kleiner ist als die Drossel D1.
Die zweite Ausführungsform des Bremsmoduls M in Fig. 2 ist für ein Bremskonzept ausgelegt, bei dem die Bremsstellung hydraulisch durch Beaufschlagen des Bremszylinders Z gegen die Feder 7 eingestellt wird. Bei entregten Magneten 15, 17 ist die volle Lösestellung eingestellt. Zum Einstellen eines Soll-Bremsdrucks in der Arbeitsleitung 6 werden zunächst der Proportionalmagnet 15 mit einem Stromwert korrespondierend mit dem Soll-Bremsdruck bestromt und der Schwarz/Weiß-Magnet 17 erregt, um Druckmittel einzuspeisen, bis im Zusammenspiel mit dem Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil V1 der Soll-Bremsdruck erzeugt und gehalten wird. Tritt eine Drehzahländerung auf, so verändert die Programmsteuervorrichtung C zumindest den Stromwert für den Proportionalmagneten 15. ggfs. wird auch der Magnet 17 entregt oder erregt.
In der dritten Ausführungsform in Fig. 3 ist ein Bremskonzept gewählt, bei dem ähnlich wie in Fig. 2 die Bremsstellung des Bremszylinders Z hydraulisch eingestellt wird, und die Bremslösestellung durch die Feder 7 bewirkt wird. Bei entregten Magneten 15, 17 wird hier die volle Bremsstellung mit maximalem Bremsdruck eingestellt, weil das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil V1 in seiner Absperrstellung steht, während das Umschaltventil V2 in seiner Durchgangsstellung ist. Zum Einstellen des Soll-Bremsdruckes erhält der Proportional-Magnet 15 einen mit dem Soll-Bremsdruck korrespondierenden Strom. Der Schwarz/Weiß-Magnet 17 kann erregt werden, um die Absperrstellung einzustellen, muss jedoch nicht, da die eingespeiste Menge geringer ist als die maximal abzulassende Menge. Wegen des hohen Vorsteuerdrucks aus der Arbeitsleitung 6 nimmt das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil V1 zunächst seine volle Durchgangsstellung ein, ehe es mit abnehmendem Druck in der Arbeitsleitung 6 den Soll-Bremsdruck einregelt.
Bei der Regelfeder 14 in Fig. 3 ist eine Verstellvorrichtung 19 für die Faden-Vorspannung vorgesehen, um diesen auf den maximalen Bremsdruck in der Arbeitsleitung 6 so einzustellen, dass bei nicht bestromtem Proportionalmagneten 15 der Vorsteuerdruck das Ventil V1 nicht in die Durchgangsstellung verstellen kann.
In der vierten Ausführungsform in Fig. 4 ist ein Bremskonzept ähnlich wie in Fig. 1 gewählt, d.h., die Feder 7 des Bremszylinders Z ist für die Bremsstellung verantwortlich, während die hydraulische Beaufschlagung den Bremsdruck gegen die Feder 7 moduliert. Bei entregten Magneten 15, 17 ist die volle Lösestellung eingestellt, da in der Arbeitsleitung 6 der maximale Bremsdruck herrscht. Um einen Soll-Bremsdruck einzustellen, erhält der Proportionalmagnet 15 einen mit den Soll-Bremsdruck korrespondierenden Stromwert. Dank des hohen Vorsteuerdrucks aus der Arbeitsleitung 6 (das Umschaltventil V2 kann dann bereits in die Absperrstellung geschaltet sein, muss jedoch nicht), nimmt das Ventil V1 seine volle Durchgangsstellung ein, um den Ist-Bremsdruck auf den Soll-Bremsdruck zu reduzieren Da dann der Vorsteuerdruck abnimmt, regelt das Ventil V1 den Soll-Bremsdruck ein, bis es schließlich seine Absperrstellung einnimmt.
Obwohl die Auslegung der Ausführungsformen des Bremsmoduls in den Fig. 1 bis 4 variiert, basiert jede Ausführungsform auf denselben Ventilkomponenten, d.h. es können zumindest weitgehend identische Ventilblöcke verwendet werden. Die beiden Ventile V1, V2 könnten in einem Block zusammengefasst werden, wie durch die strichpunktierten Rechtecke in den Fig. angedeutet wird, und zwar zusammen mit den Drosseln, den Magneten und den Federn.
Das Proportional-Druckbegrenzungs-Regelventil könnte so ausgestaltet sein, dass der Proportional magnet direkt auf die Regelfeder einwirkt und deren Vorspannung verändert.

Claims (8)

  1. Elektrohydraulischer Bremsmodul (M), insbesondere für eine Windkraftanlage (W), mit wenigstens einem Federspeicher-Bremszylinder (Z), dessen hydraulische Druckbeaufschlagung gegen die Feder (7) durch eine mit einer elektronischen Steuervorrichtung (C) verbundene Ventilbaugruppe gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsmodul (M) zur proportionalen Bremssteuerung zumindest bei einem Netzausfall zur Ablasssteuerung zu einem Tank (T) ein durch einen Proportionalmagneten (15) betätigbares Druckbegrenzungs-Regelventil (V1) und zur Einspeisesteueruhg aus einer Druckquelle (P) ein durch einen Schwarz/Weiß-Magneten (17) betätigbares Umschaltventil (V2), jeweils in Sitzventilbauweise, in Parallelschaltung in einer Arbeitsleitung (6) zum Bremszylinder (Z) aufweist.
  2. Bremsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf des Druckbegrenzungs-Regelventils (V1) und stromauf des Umschaltventils (V2) je eine Drossel (D1, D2) vorgesehen ist, und dass die Drossel (D2) stromauf des Umschaltventils (V2) kleiner ist als die andere Drossel (D1).
  3. Bremsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungs-Regelventil (V1) und das Umschaltventil (V2) jeweils aus der Arbeitsleitung (6) und das Umschaltventil (V2) zusätzlich auch von der Druckquelle (P) her druckvorgesteuert sind.
  4. Bremsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungs-Regelventil (V1) eine gegen den Proportionalmagneten (15) wirkende Regelfeder (14) und das Umschaltventil (V2) eine gegen den Vorsteuerdruck aus der Arbeitsleitung (6) und den Schwarz/Weiß-Magneten (17) parallel zum Vorsteuerdruck von der Druckquelle (P) wirkende Umschaltfeder (16) aufweisen.
  5. Bremsmodul nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Bremszylinder (Z), der hydraulisch gegen die Feder (7) entweder zur Bremslösestellung oder zur Bremsstellung verstellbar ist, das Druckbrenzungs-Regelventil (V1) durch den Proportionalmagneten (15) aus einer Durchgangsstellung zum Tank (T) in Richtung zu einer Absperrstellung, und das Umschaltventil (V2) durch den Schwarz/Weiß-Magneten (17) aus einer Absperrstellung in eine Durchgangsstellung betätigbar sind.
  6. Bremsmodul nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Bremszylinder (Z), der hydraulisch gegen die Feder (7) entweder zur Bremslösestellung oder zur Bremsstellung verstellbar ist, das Druckbegrenzungs-Regelventil (V1) durch den Proportionalmagneten (15) aus einer Absperrstellung in Richtung zu einer Durchgangsstellung zum Tank (T) und das Umschaltventil (V2) durch den Schwarz/Weiß-Magneten (17) aus einer Durchgangsstellung zu einer Absperrstellung betätigbar sind.
  7. Bremsmodul nach wenigstens einem der Ansprüche 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Regelfeder (14) verstellbar ist.
  8. Bremsmodul nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steuervorrichtung (C) eine mit einem Drehzahlsensor (8) eines zu bremsenden Maschinenelements (3, 4, 5) und einem Drucksensor (9) in der Arbeitsleitung (6) verbundene Programmsteuerung ist, und dass zwischen der Programmsteuerung und dem Proportionalmagneten (15) eine Stromsteuerleitung (10) und zwischen der Programmsteuerung und dem Schwarz/Weiß-Magneten (17) eine Spannungssteuerleitung (11) vorgesehen sind, über die die Programmsteuervorrichtung zumindest bei Ausfall des Windkraftmaschinen-Netzes durch Strom- und Spannungsänderungen eine Drehzahlbegrenzung auf eine Soll-Drehzahl proportional einregelt.
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